Een team van natuurkundigen heeft een methode ontwikkeld om zwaartekrachtgolven met zulke lage frequenties te detecteren dat ze de geheimen achter de vroege fasen van fusies tussen superzware zwarte gaten, de zwaarste objecten in het universum, zouden kunnen ontsluieren.

De methode kan zwaartekrachtsgolven detecteren die slechts eens in de duizend jaar oscilleren, 100 keer langzamer dan alle eerder gemeten zwaartekrachtsgolven.

"Dit zijn golven die ons bereiken vanuit de verste uithoeken van het universum en die de manier kunnen beïnvloeden waarop licht zich voortplant", zegt JEFF DROR, Ph.D., assistent-professor natuurkunde aan de Universiteit van Florida en co-auteur van de nieuwe studie. "Het bestuderen van deze golven uit het vroege universum zal ons helpen een compleet beeld te krijgen van onze kosmische geschiedenis, analoog aan eerdere ontdekkingen van de kosmische microgolfachtergrond."

Dror en zijn co-auteur, postdoctoraal onderzoeker William DeRocco van de Universiteit van Californië, Santa Cruz, publiceerden hun bevindingen in Physical Review Letters .

Zwaartekrachtgolven lijken op rimpelingen in de ruimte. Net als geluidsgolven of golven op de oceaan variëren zwaartekrachtgolven zowel in frequentie als in amplitude, informatie die inzicht biedt in hun oorsprong en ouderdom. Zwaartekrachtgolven die ons bereiken kunnen oscilleren op extreem lage frequenties, veel lager dan die van geluidsgolven die voor het menselijk oor waarneembaar zijn. Enkele van de laagste frequenties die in het verleden zijn gedetecteerd, waren zo laag als één nanohertz.

"Ter referentie", legde Dror uit, "de frequentie van geluidsgolven die worden veroorzaakt door het gebrul van een alligator is ongeveer 100 miljard keer hoger dan deze frequentie - dit zijn zeer lage golven."

Hun nieuwe detectiemethode is gebaseerd op het analyseren van pulsars en neutronensterren die met zeer regelmatige tussenpozen radiogolven uitzenden. Dror veronderstelde dat het zoeken naar een geleidelijke vertraging van de aankomst van deze pulsen nieuwe zwaartekrachtgolven zou kunnen onthullen.

Door bestaande pulsargegevens te bestuderen, kon Dror zoeken naar zwaartekrachtgolven met lagere frequenties dan ooit tevoren, waardoor ons ‘hoorbereik’ werd vergroot tot frequenties zo laag als 10 picohertz, 100 keer lager dan eerdere pogingen waarbij golven op nanohertz-niveau werden gedetecteerd. P>

Hoewel er al eerder zwaartekrachtgolven met frequenties rond een nanohertz zijn gedetecteerd, is er niet veel bekend over hun oorsprong. Er zijn twee theorieën. Het leidende idee is dat deze golven het resultaat zijn van een fusie tussen twee superzware zwarte gaten, wat, als het waar is, onderzoekers een nieuwe manier zou bieden om het gedrag van deze gigantische objecten te bestuderen die de kern van elk sterrenstelsel vormen.

De andere belangrijke theorie is dat deze golven zijn ontstaan ​​door een cataclysmische gebeurtenis in het begin van de geschiedenis van het universum. Door zwaartekrachtgolven op nog lagere frequenties te bestuderen, kunnen ze deze mogelijkheden mogelijk differentiëren.

"Vooruitkijkend is de volgende stap het analyseren van nieuwere datasets", zei Dror. "De datasets die we gebruikten waren voornamelijk uit 2014 en 2015, en sindsdien zijn er een groot aantal pulsarwaarnemingen uitgevoerd."

Dror is ook van plan simulaties uit te voeren op nepgegevens met behulp van UF's HiPerGator-supercomputer om de kosmische geschiedenis verder te ontrafelen. De supercomputer kan op efficiënte wijze grote, complexe simulaties uitvoeren, waardoor de tijd die nodig is om gegevens te analyseren aanzienlijk wordt verkort.

Meer informatie: William DeRocco et al, Pulsar-parameterafwijkingen gebruiken om subnanohertz-zwaartekrachtgolven te detecteren, Fysieke recensiebrieven (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.101403. Op arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2212.09751

Journaalinformatie: Fysieke beoordelingsbrieven , arXiv

Aangeboden door Universiteit van Florida